超音速巡航导弹爬升段速度控制研究
毕业论文关键词 巡航导弹 爬升段 速度控制 发动机动态特性 动态逆
Title A study on velocity control system of the climbing of the supersonic cruise missile
Abstract Studies indicate that the fuel consumption is closely related to the climbing speed variation law of the supersonic cruise missile, so this paper mainly aims at the study of the design of the speed control system .In this paper, a total of three speed control system is designed: the linear speed control system with proportional-integral controller not considering engine dynamics , the linear speed control system with proportional-integral-differential controller considering engine dynamics, the nonlinear speed control system with proportional controller combined with dynamic inverse design method, and analyzed their system quality, simulation results show that the proposed speed control system has good performance. Finally, we will discuss the simulation case with different initial velocity difference between ideal velocity and real velocity and indicate the influence to the performance of three kinds of control system, and their applicable scope is presented.
Keywords supersonic cruise missile climbing velocity control engine dynamics dynamic inverse
目次
1绪论..1
1.1超音速巡航导弹介绍..1
1.2国内外研究现状..1
1.3本文研究的主要内容及研究方法..3
2导弹运动微分方程..4
2.1坐标系定义及变换..4
2.2导弹运动微分方程..7
2.3期望弹道..8
3速度控制系统的线性模型10
3.1速度扰动运动的线性化10
3.2速度扰动运动的传递函数12
3.3线性导弹速度扰动运动系统的分析13
3.4忽略发动机动态特性时的线性速度控制系统的设计14
3.5忽略发动机动态特性时的飞行仿真验证19
3.6考虑发动机动态特性的控制器设计22
3.7考虑发动机动态特性时飞行仿真验证25
4非线性系统及动态逆原理27
4.1速度控制系统的伪线性系统27
4.2伪线性系统的分析28
4.3伪线性系统的设计29
4.4飞行仿真验证32
结论36
致谢37
参考文献..38
1 绪论 1.1 超音速巡航导弹介绍 超音速巡航导弹作为巡航导弹的一种，主要以巡航状态在稠密大气层内飞行，旧称飞航式导弹。超音速巡航导弹的弹道可以大致分为三个阶段：爬升段、巡航段和俯冲段，在爬升段时助推发动机工作，使导弹获得一定的速度，以便进入巡航段；在巡航段，续航发动机工作，此时导弹大致以等高等速的状态飞行，这样可使单位航程油耗最小；俯冲段主要用来攻击目标。到目前为止，超音速巡航导弹仍就处于发展时期，各个国家加大力度去研制性能优越的超音速巡航导弹，以增强国防实力。 超音速巡航导弹爬升段飞行性能的好坏对导弹的整体性能影响很大，爬升段飞行性能好可以使得导弹能以较低的油耗较快的进入巡航段，从而缩短打击时间，提高突防能力，此外油耗低还可以降低导弹的整体重量，从而降低生产成本。到目前为止，关于爬升段轨迹优化的论文已发表了很多，但是关于速度控制的论文却很少。超音速巡航导弹在爬升段的速度一般都在超音速范围内，如果在不同的高度以不合理的速度飞行将极大地降低助推发动机的性能，从而降低导弹整体的飞行性能。如果能对导弹的速度实行一定的控制，使其能在某一高度以最优速度飞行，显然可以提高助推发动机的性能，以降低油耗，提高导弹的飞行性能。 1.2 国内外研究现状 导弹控制系统一般包括三个控制通道：俯仰通道、偏航通道和滚转通道。一般来说，利用这三个通道来控制导弹的飞行，可以使导弹按照人们所期望的轨迹和姿态进行飞行，至于导弹的速度，一般仅控制它的方向，因为导弹最重要的一个飞行性能——机动性主要取决于导弹飞行速度方向改变的能力，至少在过去的几十年里是如此的，而对其大小则一般不进行精确的控制，只要能保证导弹的飞行稳定性即可。此外，也有控制速度的例子，如在巡航导弹的巡航段，需要确保巡航导弹具有一定的速度，所以需要有速度控制系统，但是，这种控制一般控制导弹以恒定的速度飞行，而非控制导弹的速度以某一规律改变，前者是稳定问题，而后者是跟踪问题，显然后者的复杂度是远远大于前者的，所以后者的控制系统也是更加的复杂。近几年，随着无人飞行器的应用日益广泛，对无人飞行器的控制系统也提出了更高的性能要求，这些性能要求不仅存在于姿态控制上，还存在于其速度控制上，如自动协同编队飞行[1-4]、自动目标跟踪[5, 6]、自动空中加油[7, 8]、自动着陆[9-12]等等，这些动作都对速度控制有着很高的要求，可以说，没有速度控制，就无法实现这些规定的高难度动作，因此，速度控制有着异常广泛的应用前景。